2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E ASPECTOS LEGAIS
2.5. ABSORÇÃO SONORA
Segundo Odete (2006), a absorção sonora4 é a dissipação de energia sonora na superfície
exposta de um material. Depende essencialmente da natureza das superfícies, do ângulo de incidência das ondas sonoras nessas superfícies e das condições de aplicação do sistema que integra o material. Contudo, este conceito pode ser encarado numa perspetiva mais ampla.
De forma genérica, existe um equilíbrio energético no choque de uma onda sonora com um elemento de compartimentação, como exprime a equação 2.9.
Ei = Er + Ed + Et (2.9)
Nesta equação:
Ei – Energia sonora incidente;
Er – Energia sonora reflectida;
Ed – Energia sonora dissipada (componente associada à absorção sonora);
Et – Energia sonora transmitida.
A Figura 2.5 exibe uma ilustração dos processos energéticos mencionados no choque de uma onda sonora com um elemento de compartimentação.
Figura 2.5 – Representação esquemática dos processos energéticos no choque de uma onda sonora com um elemento de compartimentação.
4 A norma NP 3225-1 (IPQ, 1986) define que a absorção sonora num meio consiste na redução de potência sonora por dissipação resultante da propagação do som nesse meio.
A absorção sonora é uma medida de qualidade acústica em espaços fechados.
“A quantificação da dissipação de energia sonora num determinado espaço fechado é efectuada com o recurso ao conhecimento do valor do tempo de reverberação5” (Patrício, 2010).
A equação 2.10, de Sabine, permite estimar o tempo de reverberação, em segundos, para campos sonoros difusos, isto é, campos onde existe igual pressão sonora média em todos os pontos:
Tr = 0,16 V
S ᾱ
(2.10) Nesta equação:
V – Volume, em m3;
S – Área de envolvente exposta, em m2;
ᾱ – Coeficiente de absorção sonora médio do recinto.
O coeficiente de absorção sonora, α, é definido fisicamente pela razão entre a quantidade de energia que, num determinado intervalo de tempo, se dissipa numa dada área da superfície do material em causa e a energia que, durante o mesmo intervalo de tempo, incide nessa área de acordo com a equação 2.11.
α =
Ea Ei(2.11) Nesta equação: Ea – Energia absorvida; Ei – Energia incidente.
O método de caracterização experimental possibilita a determinação do coeficiente de absorção sonora de um elemento de compartimentação, no domínio da frequência, por bandas de
terço de oitava, a partir de ensaio laboratorial de acordo com a norma portuguesa NP EN ISO 354 (IPQ, 2007) que contabiliza os tempos de reverberação medidos em câmara
reverberante, como se ilustra pela equação 2.12.
α =
0.16 V A* (
1 T2-
1 T1)
(2.12) Nesta equação: V – Volume da câmara (m3);A – Área de superfície útil do protótipo para absorção sonora (m2);
5 O tempo de reverberação é o intervalo de tempo necessário para que o nível de pressão sonora diminua em 60 dB, após interrompida a emissão. É um parâmetro indicador da qualidade acústica de espaços fechados, sendo inclusivamente limitado em auditórios, cinemas, estúdios de televisão entre outros.
T2– Tempo médio de reverberação com o provete na câmara (s) ;
T1 – Tempo médio de reverberação com a câmara vazia (s).
Segundo o disposto na norma EN ISO 11654 (CEN, 1997), os valores das bandas de oitava do coeficiente de absorção sonora médio, ᾱ, são calculados a partir dos resultados obtidos pela equação 2.12.
Em seguida, o procedimento recorre também ao cálculo do coeficiente de absorção sonora ponderado. Este parâmetro, representado por αw, corresponde a um valor único e “não permite caracterizar eficazmente o comportamento do material ou sistema6,o qual ocorre no domínio da frequência, sem qualquer lei descritiva (teórica ou experimental) que permita tratar com uniformidade esse mesmo comportamento” (Patrício, 2010). Este raciocínio pode ser extrapolado ao índice de isolamento sonoro a sons aéreos, apresentado no capítulo seguinte.
A norma EN ISO 11654 (CEN, 11654) preconiza uma curva de referência, vd. Figura 2.6, que deve ser sobreposta à curva de medição realizada em laboratório, pelos valores de ᾱ obtidos ao longo das bandas de frequências, de forma a que a curva de referência transladada se aproxime da curva de medição por passos de 0,05, para que a soma dos desvios desfavoráveis7 seja inferior ou
igual a 0,10.
Figura 2.6 – Curva de referência utilizada no cálculo de αw, na sua posição inicial.
Após este ajustamento, o valor do índice de absorção sonora, αw, que corresponde ao valor
da curva de referência na banda de oitava de frequências central de 500 Hz, determina a classe de absorção sonora.
Finalmente, paralelamente ao processo descrito, verifica-se no processo de ajustamento se existem desvios, em sentido favorável, maiores ou iguais a 0,25. Se a situação descrita ocorrer, deve ser apenso um factor de forma respeitando os seguintes critérios:
6 Um material é absorvente sonoro quando a absorção resulta apenas das características físicas deste e é um sistema sonoro quando a sua absorção depende essencialmente da sua ligação a outros elementos.
7 Um desvio é considerado desfavorável quando o valor da curva de medição é inferior ao da curva de referência. O raciocínio contrário pode ser aplicado a um desvio favorável.
– Se o desvio em sentido favorável ocorrer na banda de frequências de 250 Hz, utiliza-se o indicador de forma, L.
– Se o desvio em sentido favorável ocorrer nas bandas de frequências de 250 Hz ou 1 kHz, utiliza-se o indicador de forma, M.
– Se o desvio em sentido favorável ocorrer nas bandas de frequências de 1 kHz ou 4 kHz, utiliza-se o indicador de forma, H.
Para concluir a presente secção, ainda no âmbito da absorção sonora, abordam-se seguidamente, diversos materiais ou sistemas de revestimento que contribuem para a correcção acústica dos espaços:
– Materiais porosos; – Sistemas ressonantes.
Os materiais porosos caracterizam-se pela sua capacidade de absorção de energia sonora, nas bandas das frequências médias e altas, por dissipação energética, sob a forma de calor, devido ao movimento oscilatório do ar (atrito) e por fricção interna das fibras. Estes materiais são geralmente leves, rugosos, com um elevado índice de vazios e com comunicação para o exterior. (Martins da Silva, 1978).
“A máxima eficácia no funcionamento destes sistemas é obtida com a colocação do material na posição em que a velocidade de vibração das partículas de ar é maior, permitindo reduzir a energia cinética da vibração correspondente” (Patrício, 2010).
São exemplos de materiais porosos as mantas ou placas semi-rígidas de fibras minerais (lãs de vidro, lãs de rocha), placas de aglomerado de cortiça e derivados, fibras de vidro com ligante, fibras de rocha vulcânica, fibras de celulose, aglomerados de fibras de madeira e materiais plásticos expandidos (poliuretano e poliestireno).
Relativamente aos sistemas ressonantes, que “permitem, por absorção mecânica, dissipar a energia sonora em recintos fechados, e assim, alterar o tempo de reverberação nesses recintos” (Patrício, 2010), subdividem-se em dois grupos. Os painéis ressonantes e ressoadores de Helmholtz).
Os painéis ressonantes constituem uma alternativa eficaz na correcção de espaços para as bandas de frequências baixas, quando o espaço de ar destinado ao preenchimento de material poroso começa a ser demasiado grande.
A equação 2.13 permite dimensionar a frequência de ressonância para um sistema deste tipo. fr ≅ 600 √md
(2.13) Nesta equação: m – massa superficial, em kg/m2;
d – distancia de afastamento ao elemento rígido, em cm.
Contudo, os painéis ressonantes são bastante selectivos em termos de frequências (vd. Figura 2.7, curva 1), pelo que deve ser associado um material poroso no seu tardoz; dessa forma o sistema poderá absorver energia sonora numa gama de frequências mais alargada (Figura 2.7, curva 2).
Figura 2.7 – Comportamento de um painel ressonante sem (1) ou com (2) material poroso no seu tardoz, relativamente à absorção sonora.
Os ressoadores de Helmholtz são definidos por uma pequena cavidade acústica, de configuração semelhante à da ilustração da Figura 2.8, e são aplicados na correcção de espaços na gama das frequências médias.
Figura 2.8 – Ressoador de Helmholtz.
“Um ressoador é reologicamente modelado por um sistema massa-mola, com amortecimento, em que o ar no gargalo corresponde ao elemento massa, o ar contido no corpo do
ressoador ao elemento mola e os mecanismos de dissipação de energia por atrito ao amortecimento respectivo” (Patrício, 2010).
A equação 2.14 permite dimensionar a frequência de ressonância para este tipo de sistema. fr = c
2π
√
SlV
(2.14)
À semelhança dos painéis ressonantes, a selectividade deste sistema também é colmatada com o preenchimento de material poroso nas paredes interiores da sua cavidade.
Em suma, no que concerne a correcção acústica, existem diferentes soluções que actuam em diferentes gamas de frequências:
Baixas frequências – Sistema de painel ressonante;
Médias frequências – Furação no revestimento e cavidades análogas a ressoadores de Helmholtz;
Altas frequências – Material poroso como “amortecedor vibracional”.
A ilustração da Figura 2.9 ilustra o comportamento dos sistemas referidos.
Figura 2.9 – Ilustração da evolução da absorção sonora em sistemas compostos.
Assim sendo, o aumento da absorção sonora, num recinto fechado, contribui para a redução de reflexões indesejadas, o que se traduz na diminuição do tempo de reverberação. Essa diminuição, do tempo de reverberação influencia a inteligibilidade da palavra, o que poderá ser extremamente vantajoso, por exemplo, para uma sala de aula.
A escolha de revestimentos é portanto preponderante em projecto, uma vez que influencia as condições de conforto acústico no interior dos edifícios.